LEE- Enerji Bilim ve Teknoloji Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19269

Gözat

Dizinde bir noktaya atla:

Türkiye için 2015 yılı kısa vadeli elektrik enerjisi talep tahmininin yapılması

(Enerji Enstitüsü, 2015) Özliman, Yasemin ; Onaygil, Sermin ; 444195 ; Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

Tüm dünyada olduğu gibi Türkiye'de de elektrik enerjisi kullanım ihtiyacı her geçen gün artmaktadır. Bu talebi karşılamak için ülkelerde sürekli olarak yeni politikalar geliştirilmekte, var olan politikalar da ihtiyaca göre sürekli olarak revize edilmektedir. Türkiye enerji kullanım yoğunluğu artış eğiliminde olan bir ülkedir. Bunun için de önümüzdeki yıllar için doğacak enerji ihtiyacını belirlemek, arz ve talep dengesini kurmak birinci önceliğidir. Bu dengeyi sağlayabilmek için ülkemizde yeni tesis kurulumlarını teşvik etmenin yanı sıra; ülke dışından enerji ithal etmek, tesislerin kendi enerjisini üretebilmesi için destekler sağlamak, özellikle de yenilenebilir kaynaklı üretimleri teşvik etmek gibi çok çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Başka bir açıdan değerlendirdiğimizde enerji piyasası dünyanın en önemli piyasalarındandır. Bu piyasanın güçlü bir aktörü olabilmek için Türkiye, ulusal ve uluslararası yatırımcıların piyasadaki etkilerini arttırmayı temel amaç olarak benimsemiştir. Bu amaçla, özellikle elektrik enerjisi üretimi, dağıtımı ve iletimi ile ilgili oldukça köklü değişiklikler yapılmıştır. Bu değişikliklerin başında özelleştirme süreçleri gelmektedir. 1994 yılına kadar Bütünleşik Yapı ile yönetilen, tekel konumundaki Türkiye Elektrik Kurumu'nda 1994 yılında ayrıştırma yapılması ile özelleştirme süreci başlamıştır. 2001 yılına gelindiğinde ise ayrıştırma süreci tamamen gerçekleşmiştir. Ayrıştırma sonucunda Elektrik Üretim A.Ş. devlete ait santaller ile elektrik üretimi yapmakta, Türkiye Elektrik İletim A.Ş. üretilen elektriğin kullanıcıya iletimini sağlamakta, Türkiye Elektrik Ticaret ve Taahhüt A.Ş. elektrik ticaret ve taahhüt faaliyetlerini, Türkiye Elektrik Dağıtım A.Ş. ise 21 özel dağıtım şirketi ile dağıtım işlevini gerçekleştirmektedir. 2001 yılında kurulan Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu ile ayrıştırmanın getirdiği, elektrik iletim ve dağıtım faaliyetleri düzenlenmiştir. Elektrik üretim kısmında ise rekabet oluşmuştur. Bu rekabetin oluşması ile bir takım yeni iş kolları ve iş gereklilikleri ortaya çıkmıştır. Tüketilebilecek elektrik enerjisinin tahmini de bu gerekliliklerden birisidir. Yapılan değişikliklere göre de gelecek yıllar için elektrik enerjisi talebinin tahmin edilmesi çok daha önemli hale gelmiştir. Literatürde, elektrik enerjisinin gelecek için tahmin edilmesine yönelik çalışmalar bulunmaktadır. Bunlardan en çok kullanılanları Eğri Uydurma Yöntemi, Ortalama Yıllık Artış Yüzdesi Kullanımı, Son Kullanım Yöntemi, Yüzeysel Yük Tahmini, Regresyon Analizi ve Yapay Sinir Ağları yöntemleridir. Konu ile ilgili çalışmalar her geçen gün detaylandırılarak devam etmektedir. Ancak pratikte, talep edilen elektrik enerjisi miktarı ile söz konusu tahminlere yaklaşılabilmesi için oldukça fazla değişkenin hesaba katılması gerekmektedir. Bu durum da tahminlerdeki hata payını arttırmakta ve üretilen elektrik enerjisi miktarlarında eksikler veya artıklar oluşmasına yol açmaktadır. Bu çalışmada, 2015 yılı için aylık, Türkiye elektrik enerjisi talebi güvenilir bir şekilde belirlenmeye çalışılmıştır. Araştırma, Türkiye genelinde aylara göre elektrik enerjisi tüketimi üzerine kurgulanmıştır. Bu amaçla, birçok ülkede kullanılan ve güvenirliği test edilmiş bir yazılım olan PLEXOS yazılımı kullanılmıştır. Yapılan tahminlerde kullanılan veri gruplarından en uygun verilerin geçmiş yılların enerji tüketim değerleri, yıllık nüfus verileri ve elektrik enerjisi aylık fiyatları olduğu tespit edilmiştir. Öncelikle 2011 yılından başlayarak, 2014 yılına kadar aylık elektrik tüketim verileri incelenmiştir. Ardından güvenilirlik amaçlı testler yapılarak 2014 yılının açıklanmış verileri ile yazılım sonuçları karşılaştırılmıştır. Bu doğrulama ile kullanılan yazılımın ve kullanılan verilerin güvenirliği belirlenmiştir. Kıyaslama yapabilmek adına yapılmış diğer tahminlere, ticari amaçlar doğrultusunda yapıldıkları için maalesef ulaşılamamıştır. 2014 yılı için yapılan doğrulama çalışmalarında Ocak, Mayıs, Temmuz, Eylül, Ekim ve Kasım aylarının elektrik enerjisi tüketimleri tahminlerden yüksek çıkmıştır. Diğer yandan söz konusu yıl için elde edilen tüm veriler, "Elektrik Enerjisi Talep Tahminleri Hakkındaki Yönetmelik'de Üçüncü Bölüm, Madde 9. (2) Uygulanacak testlerde seçilecek güven aralığı %10'u geçemez" şeklinde belirtilen güven aralığı sınırlarında kalmıştır. Bu durum kullanılan yazılımın, yapılan testlerde gösterdiği başarıyı 2015 yılı için de doğruladığını desteklemiştir. 2015 yılı için yapılan elektrik enerjisi tüketim tahminleri ise TEİAŞ tarafından aynı yıl için yapılan tahminlerle kıyaslanmıştır. Mayıs ayı için yapılan elektrik enerjisi tüketim tahmini %0,5 hata ile TEİAŞ tahminine en yakın değer olarak bulunmuştur. %8 hata ile TEİAŞ elektrik enerjisi tüketim tahmininden en farklı yapılan tahmin ise Eylül ayındadır. Yapılan tahminlerde Ocak, Şubat, Mart, Haziran, Ekim ve Aralık aylarında TEİAŞ tahmin değerlerinin üzerine çıkılırken; diğer aylarda TEİAŞ tahminlerinden düşük değerler bulunmuştur.
Demir çelik endüstrisinde toz kömür ve karışımları enjeksiyonunun çevresel etkisinin incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Koyunoğlu, Cemil ; Arısoy, Ahmet ; 686069 ; Enerji Bilim ve Teknoloji

Yüksek fırında kok tüketimini ekonomik sebeplerden ötürü azaltmak üzere geliştirilen toz kömür enjeksiyon teknolojisi, faydalarla birlikte bazı sorunları da beraberinde getirmektedir. Bu güncel sorunlardan önemli olanı, yüksek toz kömür enjeksiyonu nedeniyle kömürün yanma kalitesinin düşmesi ve yanmayan kömür parçacıklarının kok yatağı geçirgenliğini bozmasıdır. Hem maksimum toz kömür enjeksiyonunun sağlanması hem de düşük emisyon kaygıları nedeniyle yanma rejiminin iyileştirilmesi gerekmektedir. En önemli beklentiler, yanma alev kararlılığının sağlanması gibi yanma kalitesini arttıracak önlemler olmaktadır. Yanma kalitesinin arttırılması için yanma koşullarının iyileştirilmesi gerekmektedir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile çalışan ANSYS-FLUENT çözümü, bu amacı kolaylaştıran önemli bir araçtır. Ayrıca yakıt türünün geliştirilmesi (ön işlemden geçirme, uçuculuğu yüksek külü düşük bir biyokütle ile veya iyileştirilmiş bir kömür ile karıştırarak yakma vb.) de diğer bir yöntem olarak demir çelik endüstrisinde tercih edilen alternatiflerdendir. Tez çalışmasında, yüksek fırında toz kömür yakılmasını simüle eden bir model geliştirilmiştir. Bu model ANSYS-FLUENT paket programı kullanılarak geliştirilmiştir. Modelin doğrulanmasında, literatürden yararlanılarak, pilot ölçekli bir toz kömür enjeksiyon sisteminde (EUR8544 projesi) yapılmış deney sonuçları kullanılmıştır. Geliştirilen ANSYS FLUENT ön-karışmasız yakma model sonuçları bu deneylerle karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırma, model ile deneysel proje sonuçlarının önemli ölçüde birbiri ile uyumlu olduğunu göstermektedir. Doğrulanan model yardımıyla optimizasyon çalışması yapılarak, yanma koşullarındaki iyileşmeler tespit edilmiştir. Modelde ve deneyde belirlenen sıcaklık dağılımları karşılaştırmasına göre, ölçülen ve hesaplanan değerler iyi bir uyum içindedir. O2 gaz çıkış yüzdesi dağılımında simülasyonla hesaplanan oksijen yüzdesi biraz daha yüksektir. Yanmanın yoğun olduğu bölgede CO oranı hesapta çok daha yüksek görülmektedir. CO2 oranı deney ve hesapta yaklaşık %14 civarında salınmaktadır. Uçucu çıkış hızı dağılımına göre ölçülen ve hesaplanan değerler iyi bir uyum içindedir. Yanabilen kömür (char) yanma hızı dağılımına göre ölçülen ve hesaplanan değerler önemli ölçüde uyumludur. Sonuç olarak yanma kalitesinin artması için, toz kömür enjeksiyonunun yakma havası ile buluştuğu enjektör çıkışında hava ile birlikte yoğun bir şekilde karışmasının zorunlu olduğu görülmektedir. Kok beslemesi sırasında, yüksek fırınının üstünden beslenen havanın yarattığı basıncın fırında dengelenmesi ve kömür yanma veriminin hesaplanması için, tüyerden yakma havasının kömür ile birlikte giriş hızının ortalama 200 m/s olduğu görülmüştür. Tüyerden YF'ye giren toz kömür parçacıklarının modellenen yanma geometrisinde hava ile etkin bir şekilde karıştığı bölgelerde yanmanın daha etkin olduğu söylenebilir. Nitekim CO2 oranının aynı bölgede fazla çıkması, etkin karışım bölgesinde, ideal yanmanın sağlandığının bir diğer göstergesidir. Kömür besleme debisi, üfleme hızı gibi parametreler modelde değiştirilerek, optimum koşulların belirlenmesine çalışılmıştır. Bununla birlikte model üzerinde kömür ve biyokütle karışımları çalışılarak, biyokütle kullanımı imkanları araştırılmıştır. Günlük ortalama 528 ton kok fırına şarj edilmektedir. Ham kömür ile marangoz talaşı karışımı halinde, toz kömür karışım miktarı günlük 134,7 ton olabilir. Bu da yaklaşık olarak günde 126,9 ton kok tasarrufu anlamına gelir. Ham kömür ile Mısır koçanı karışımı halinde ise, yaklaşık olarak günde 126,9 ton kok tasarrufu sağlanabilmektedir.
The use of doped ZnO nanomaterials with enhanced optoelectronic properties as an electrode

(Graduate School, 2021-01-15) Ürper, Osman ; Baydoğan, Nilgün ; 301152002 ; Energy Science and Technology ; Enerji Bilim ve Teknoloji

In this thesis, the structural characteristics of ZnO:Al thin film have been modified for its improvement of optical parameters and electrical properties to applying in optoelectronic devices. ZnO:Al thin film has presented optimum properties for optoelectronic applications such as photovoltaic solar cells, transparent conductors, semiconductor heterojunctions due to the improvement of its optical model and energy band gap. The optical parameters have been improved with Al concentration to exploit ZnO:Al thin film due to the enhancement of electronic properties as semiconductor materials in diode technology. The refractive index and extinction coefficient were changed slightly due to the increase of Al concentration. The examinations of extinction coefficient (k) and refractive index (n) have presented the importance to use this cost-effective thin film in the semiconductor devices. For this purpose, the main objective of this research to focuses on investigation structural, optical, and electrical properties of ZnO thin films as a transparent layer for thin films. This research focused on three interrelated topics in this dissertation; i) different Al doping concentration, ii) pre-post annealing temperature, and iii) various annealing ambient showed important impact on structural, optical, and electrical properties of ZnO metal oxides. Pure and Al-doped ZnO thin films were deposited on the glass substrates by sol-gel dip and spin coating techniques. During the study, the influence of the techniques compared on the ZnO:Al films structural and optoelectronic features. The films were prepared by dip coating technique provided lower sheet resistivity and higher surface roughness. Due to the better optoelectronic result of the dip coating technique, the ZnO:Al /p-Si heterojunction films were prepared by sol-gel dip coating technique. Various different techniques applied to characterized ZnO:Al thin films structural, optical, and electrical properties for analyzing doping concentration, pre-post annealing effects, and different annealing ambient conditions. Controlling doping concentration, pre and post annealing temperature, and ambient condition provided high quality crystal structure (hexagonal wurtzite structure), lowest grain boundaries and sheet resistivity (oxygen and vacuum ambient) and lowest lattice defects and good surface roughness (at 700°C and 800°C). Al doped ZnO thin films were deposited on p-Si substrate to preparing ZnO:Al/p-Si heterojunction films for optoelectronic applications. Al doped ZnO played a critical role in the heterojunction films as a transparent electrode layer. ZnO:Al films show high transparency (%85), low absorption in the visible-infrared region where electromagnetic waves and atoms displayed lowest interaction, large band gap (~3.37eV) which only absorb high frequency electromagnetic waves in the UV region, and high rectification ratio (good rectifying behavior) with p-Si. Additionally, ZnO:Al/p-Si heterojunction films show good compatible at interface and tune band bending.
Yüksek güçlü LED (ışık yayan diyot) ışık kaynaklı armatürlerin soğutma sistemlerinde ısı borularının kullanım analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-01-25) Ateş, Seher ; Onaygil, Sermin ; 301112008 ; Enerji Bilim ve Teknoloji

LED ışık kaynakları günümüzde genel aydınlatma uygulamalarında sıklıkla kullanılmaktadır. Işık akısı, etkinlik faktörü ve ömür gibi kriterler dikkate alındığında LED ışık kaynakları geleneksel ışık kaynaklarının alternatifi olabilecek performanslar ortaya koyabilmektedir. Ancak çalışma sırasında yüksek ısıl güçlerin açığa çıkması sebebiyle LED ışık kaynaklı armatürlerin ısıl yönetimleri bir diğer deyişle soğutmaları önemli bir sorun olarak ortaya çıkmaktadır. Sürekli ve etkili bir soğutma sistemi olmadan LED'lerin beklenilen etkinliği sağlamaları mümkün değildir. Bu tezde öncelikle LED ışık kaynaklarının özelliklerine sıcaklığın etkisinin belirlenebilmesi amacıyla ölçümler gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak LED'lerin özelliklerinin sıcaklıktan farklı oranlarda etkilendiği gözlemlenmiştir. Bununla birlikte ölçülen tüm LED'lerin özellikleri artan sıcaklıktan olumsuz etkilenmiştir. Literatürde mevcut soğutma sistemleri ile ilgili araştırma gerçekleştirildiğinde, aktif ve pasif pek çok sistemle karşılaşılmıştır. Üstünlük ve zayıflık analizleri yapıldığında ise sadece soğutucu kanatların kullanıldığı sistemler ile soğutucu kanatlar ve ısı borularının birlikte kullanıldığı sistemler ön plana çıkmıştır. Bu kapsamda noktasal ısıl yüklerin yüksek, dolayısıyla sıcaklık etkileşiminin kritik olduğu COB LED'lerin kullanıldığı bir aydınlatma armatürü prototibinin sadece kanatlı ve ısı borulu kanatlı iki farklı soğutma sistemine sahip versiyonlarının ısıl simülasyonları yapılmış, üretimleri gerçekleştirilmiş ve deneysel analizleri yapılmıştır. Deneysel ölçümler ile ısıl simülasyon sonuçları doğrulanmış ve iki sistem birbiriyle karşılaştırılmıştır. Belirlenen noktalarda iki sistem arasında ortalama sıcaklık farkının yalnızca 3,3°C olduğu gözlemlenmiştir. Işık akısı olarak 253 lümene karşılık gelen bu değer armatür toplam ışık akısında sadece % 0,6'lık bir farklılığı göstermektedir. Değerlendirilen armatür prototibi için iki soğutma sistemi arasında yüksek sıcaklık ve ışık akısı farkı ortaya çıkmamıştır. Çalışmada, iki sistem için gerçekleştirilen ek ısıl simülasyonların parametrik irdelemesi istatistiksel olarak analiz edilmiştir. Öncelikle seçilen parametreler için faktöriyel analizler gerçekleştirilmiştir. Faktöriyel analizlerden elde edilen ön bilgiler de göz önüne alınarak daha fazla simülasyon sonucu içeren bir regresyon analizi yapılmıştır. Soğutucu malzemesinin, termal macunun (gres) ısıl direncinin ve ısıl gücün etkili parametreler olduğu belirlenmiştir. Ayrıca sistemin maksimum sıcaklığına etki eden parametre etkileşimleri de belirlenmiştir. Detaylı regresyon analizleri sonucunda, soğutucu sistem tasarımının yani sadece kanatlı ya da ısı borulu kanatlı sistem ayrımının tek başına etkili olmadığı görülmüştür. Diğer yandan tasarımın diğer parametreler ile ikili ve üçlü etkileşimlerinin olduğu gözlemlendiğinden, soğutucu sistem farklılığının regresyon denklemlerinde bulunması gerektiği sonucuna varılmıştır. Tez kapsamında yapılan ölçümler ile ortaya çıkan bir diğer önemli sonuç, LED ışık kaynağı özelliklerinin sıcaklık ve sürüş akımından farklı oranlarda etkilenebildiğinin görülmesidir. Bu durum tasarım aşamasına geçilmeden önce LED özelliklerinin ölçüm ile belirlenmesinin gerekliliğini ortaya çıkarmaktadır. LED üreticilerinin kataloglarında LED özelliklerini farklı sıcaklık ve farklı sürüş akımı değerleri için vermesinin armatür üreticilerine tasarımda yol gösterici ve doğru yönlendirici olacağı açıktır.
50 MV kurulu güçteki güneş kulesi santralinin tasarımı ve modellenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Karakaş, Yusuf ; Karabetoğlu, Sevan ; 708692 ; Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

Geçmişten günümüze insan faaliyetlerinin sürdürülebilmesini sağlamak amacıyla kullanılan enerji, uygarlığın sürdürülebilirliğinin bileşeni olup, bilimin ve teknolojinin gelişiminde vazgeçilmez bir araçtır. Bugün sahip olunan teknolojik ve bilimsel birikimlerin geliştirilmesi ve yeni bilimsel, teknolojik buluşların ortaya çıkması için direkt veya dolaylı enerji ihtiyacı bulunmaktadır. Enerji miktarı aynı zamanda ülkelerin gelişmişlik düzeyinin bir göstergesi olup, enerji gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerin ana ihtiyaçlarından biridir ve dünya genelinde enerji tüketimi sürekli olarak artmaktadır. Fosil yakıtlar günümüzde ihtiyaç duyduğumuz enerjinin büyük bir kısmının üretildiği kaynaklar olup, geri kalan kısmı nükleer ve yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanılarak üretilmektedir. Fosil yakıtların yakılmasıyla ortaya çıkan sera gazlarının atmosferdeki yoğunluğunun artmasıyla küresel ortalama yıllık sıcaklık artışı gibi küresel iklim değişikliği sonuçları gözle görülür nitelikte ivme kazanmıştır. Bu da neredeyse tüm canlı ekosistemlerini barındıran habitatları olumsuz etkilemekte ve devasa miktarda CO2' in çok kısa sürede atmosfere salınımı sebebiyle canlı türlerinde ölümler hatta soy tükenmesi gibi sonuçları beraberinde getirmektedir. Çevre ve canlılara zarar veren fosil yakıtların kullanımı sürdürülebilinir değildir. Önlem alınmadığı takdirde bu zararların bedelinin çok büyük boyutlara ulaşacağı göz ardı edilmemelidir. Bundan dolayı fosil enerji kaynaklarının alternatifi olan yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak üretilen enerjinin artırılması ve sıfır emisyona ulaşılması zorunluluğu gün geçtikçe daha iyi fark edilmesi sağlanmalıdır. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında en çok bulunan ve jeotermal enerji hariç diğer yenilenebilir enerji kaynaklarının kaynağı güneş enerjisidir. Güneş enerjisinden faydalanılarak direkt veya dolaylı olmak üzere iki metotla enerji üretimi gerçekleştirilir. Direkt yöntemle elektrik üretimi gerçekleştiren fotovoltaik hücreler yarı iletken malzemelerden yapılır ve bir diyot gibi çalışarak güneş ışığında bulunan enerjiyi fotoelektrik etkiden yararlanarak elektrik enerjisine dönüştürür.
Fundamental market model design in turkish power market

(Graduate School, 2022) Özözen, Avni ; Gülgün Kayakutlu ; 766806 ; Energy Science and Technology Programme

Privatization in Turkish electricity industry has started during early 2000s and evolved into a state where private investors are highly motivated to invest in all the layers of supply chain from generation to distribution. As a natural outcome of this development, Turkish energy markets have structured in time, enabling many buyers and sellers to penetrate. The penetration level varies for different energy markets; such that, while the competition in natural gas market is still imperfect and a state firm is dominant, competition level in power market is relatively much higher even though the liberalization is not yet complete. Moreover, as a result of this liberalization and increasing variety of resources used in power generation, the price for kW of electricity in forward, future and spot markets, is determined based on the laws of supply and demand. The elements of supply and demand in power markets are of high variety and the underlying dynamics are ever changing. Nevertheless, the most outstanding principle of microeconomics still apply. Given the supply is sufficient enough, there is always a price tag for higher volumes. In power markets the volumes are the installed generation capacities of various technologies while the price tag on the volume is determined by whether the power plants are running on a cost basis, namely, fuel driven power plants or renewable power plants. On the other hand on the demand side, substitution of other commodities to power is a key element and demand is driven by consumption points and their reactions to drivers like temperature, capacity utilization and GDP. In this thesis a comprehensive modelling of supply and demand elements in power markets are handled with uppermost care. The main purpose of the thesis is to underline the motivations of different power market players and how they act in a common market place to maximize their individual objectives. After sufficient descriptions and historical evidences are presented, a stack model is built to reflect the supply side of power market and demand is handled based on various drivers. Finally the demand and supply is combined in a linear programming model for cost minimization to determine price and quantity factors for each delivery period. As model results clearly show, fundamental models can be utilized for different analysis requirements like the effect of electrical vehicle adoptions on prices or the effect of extensive photovoltaic penetration on hourly price curves and profits on conventional power plants and so on. The outcomes also show an outstanding model performance where prices of the last 10 years have been simulated with 5.8% mean absolute percentage error. Moreover, the generation levels of different dispatchable generation technologies are re-produced with high accuracy. One of the most outstanding highlights is that reservoir hydro power plants have been acting or are dispatched as substitute to gas power plants, which later on will be discussed in the thesis under shadow pricing behaviour of hydro power plants.
Comparative analysis of XGBoost and LightGBM methods for day ahead spot natural gas price forecasting

(Graduate School, 2022) Şahin, Doğukan ; Yurtseven, M. Berker ; 714401 ; Energy Science and Technology Programme

Natural gas is an important part of modern life. Advantages such as being storable, being able to be used in many different places as a primary energy source and being transported in the form of LNG or CNG increase the importance of natural gas. The discovery of new natural gas fields and the importance given to infrastructure, the laws adopted for the liberalization of the market indicate that natural gas will be used in Turkey for many years. In addition, studies aimed at using natural gas with hydrogen in Turkey are promising to increase the life of natural gas. One of the most important criteria for using natural gas in Turkey for many years is predictable prices. Each eligible customer demands predictable pricing and low price. Competition is necessary for liberal markets. Therefore, EPIAS, the market operator, develops the infrastructure of the natural gas market day by day. The weekly product option added to the market after the spot market opened and the opening of the futures gas market are the best examples of this. However, there are very few studies about the spot natural gas market in the literature. This thesis aims increase price predictability in this developing market. In this study, the official reports prepared for the natural gas market were examined first. Later, the dynamics of the spot natural gas market were examined, and a data set was prepared accordingly. The data set is crucial because it is very difficult to get good results without the proper data set. Machine learning applications are very popular and are very effective in solving various problems. In this study, day ahead spot natural gas price prediction was made with two different machine learning algorithms based on decision trees. XGBoost and LightBoost algorithms were utilized and performances of these two algorithms were compared. First, it was concluded that these algorithms over-learn at which value ranges by iterating the number of trees, tree depth and learning rates. A more detailed price prediction was then made using these ranges together with the GridSearch function of the sklearn library. Then the best features for price prediction are determined by the feature selection function of the XGBoost and LightBoost libraries.
Metal oksit-organik hibrit boşluk taşıyıcılı perovskit güneş pillerinin geliştirilmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-01-31) Ünal, Yağmur Su ; Yavuz Karatepe, Nilgün ; 301191033 ; Enerji Bilim ve Teknoloji ; Energy Sciences and Technologies

Dünyadaki hızlı nüfus artışı, enerjiye olan ihtiyacı daha da önemli hale getirmiştir. Fosil yakıtlar gibi geleneksel enerji kaynakları sınırlı olup çevre kirliliğine neden olduğundan, alternatif enerji kaynaklarının seçilmesi ve kullanılması kritik önem taşımaktadır. Geleneksel enerji kaynaklarının aksine, güneş enerjisi temiz, güvenilir ve yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak öne çıkmaktadır. Perovskit güneş pilleri, yüksek verimlilik, kolay üretim ve düşük maliyetleri nedeniyle umut vaat eden yeni tip fotovoltaik teknolojilerden biridir. İlk üretilen perovskit güneş hücrelerinde, güç dönüşüm verimliliği (PCE) ve kararlılık düşük olmasına rağmen, bugün PCE'de % 25'e kadar bir artış gözlenmiştir. PCE'lerde gözlenen bu hızlı artışın nedeni, yeni perovskit malzemelerin ve üretim tekniklerinin geliştirilmesidir. Bununla birlikte, en çok çalışılan perovskit malzemelerin neme ve ısıya maruz kaldıklarında bozulma eğilimi göstermesi hala bir sorundur. Günümüzde, PSC'lerin kararlılığını arttırmak için birçok strateji uygulanmaktadır. Bu stratejilerden biri, yeni tasarlanmış hibrit boşluk taşıyıcı tabakalar(HTM) kullanarak perovskit katmanını havaya karşı korumak ve cihaz stabilitesini artırmaktır. Perovskit temelli güneş hücrelerinin önem arz eden bileşenlerinden biri de boşluk taşıyıcı tabakasıdır. Bu tabaka, aktif perovskit tabakasında oluşan boşlukların ilgili elektroda aktarımının yanı sıra, üzerinde bulunduğu perovskit tabakasını degredasyona karşı koruması gibi kritik fonksiyonlara sahiptir. Cihaz performansı ve kararlılığının yüksek olması açısından yapılan çalışmaların büyük kısmı bu tabaka üzerinedir. Günümüze kadar yapılan çalışmalarda ağırlıklı olarak Spiro-OMeTAD boşluk taşıyıcı materyal olarak kullanılmıştır. Çözünürlüğünün çok iyi ve boşluk taşıma mobilitesinin yüksek olması en büyük avantajıdır. Ancak, hücrenin ticarileşmesini sağlayacak kriterlere ulaşılamamıştır. Özellikle, UV bölge ışığa karşı kararsız olması, çevre koşulları ile bozulması, düşük kristallanebilirlik ve yüksek sentez maliyeti bu molekülü olumsuz kılmaktadır. Literatürde Spiro-OMeTAD'a alternatif olarak inorganik malzemeler, organik temelli moleküller, polimerler ve metal içeren kompleksler gibi pek çok farklı malzeme boşluk taşıyıcı olarak çalışılmıştır. Ayrıca, tiyofen temelli ditiyenotiyofen (DTT) türevli HTM'ler de alternatif organik yarı iletken malzeme olarak incelenmiştir. DTT, çok çeşitli optoelektronik ve yarı iletken malzemelerin sentezinde önemli bir yapı taşıdır ve türevleri doğrusal olmayan optik kromoforlarda, foto ve elektro ışıldayan cihazlarda ve foto kromik malzemelerde kullanılır. Yumuşak kükürt atomlarının elektron açısından zengin doğası ve rijit düzlemsel π-konjuge yapısı nedeniyle, DTT türevleri gelişmiş boşluk hareketliliğine ve üstün boşluk çıkarma kabiliyetine sahiptir. Ancak, literatürde perovskit güneş hücrelerinde tiyofen türevlerinin boşluk taşıyıcı malzeme olarak kullanıldığı çalışmalar sınırlıdır. Bu nedenle, yeni kaynaşık tiyofen türevlerinin kullanılması ile oldukça pahalı olan Spiro-OMeTAD'a alternatif daha ucuz, kolay sentezlenebilen ve termal olarak daha kararlı boşluk taşıyıcı malzemeler hazırlanmıştır. Tez çalışması kapsamında tasarlanan elektron bakımından zengin kükürt atomlarını içeren kaynaşık tiyofenlerde (DTT-1, DTT-2 ve DTT-3), DTT halkasındaki kükürt atomları hem perovskit yapısında bulunan iyodür iyonları ile etkileşerek daha etkin bir boşluk iletimi sağlanması, hem de perovskit yapısında koordine olmayan kurşun iyonlarını pasifize ederek cihaz performansını iyileştirme hedeflenmiştir. İnorganik boşluk taşıyıcılar her ne kadar sınırlı sayıda olsalar da düşük maliyetleri ve kararlı olmaları nedeniyle hala organik malzemelerle rekabet etmektedirler. Perovskit esaslı güneş hücrelerinde en yaygın kullanılan inorganik boşluk taşıyıcılar CuI, CuSCN, CuAlO2, NiOx, MoOx'tir. İnorganik p-tipi yarı iletken içeren HTM bazlı perovskit güneş hücreleri, organik HTM'lere kıyasla yüksek verim ve uzun süreli stabilite göstermiştir. Bununla birlikte spiro-OMeTAD HTM tabanlı perovskitlerde ise kararlılık daha düşük olmasına ragmen verimler daha yüksektir. Dolayısıyla inorganik ve organik HTM'lerin karıştırılması, stabilitenin ve film kalitesinin arttırılmasına olanak sağlamaktadır. Tez çalışmasının hedefi organik-inorganik hibrit perovskit güneş pillerinin geliştirilmesi ile verim ve kararlılıkta iyileştirme sağlamaktır. Tez çalışması kapsamında, perovskit güneş hücrelerinin güç dönüşüm verimliliğini arttırmak için yeni tasarlanmış boşluk taşıyıcı tabakalar geliştirilmiştir. Bu amaçla, metal oksitler (CuO, MoOx, NiOx) ve kaynaşık tiyofenler sentezlenerek kaynaşık tiyofen-metal oksit hibrit boşluk taşıyıcılı tabakalar oluşturulmuştur. Öncelikle metal oksit HTM'ler perovskit güneş pillerinde kullanılmıştır. En yüksek verim % 8.32 ile NiOx boşluk taşıyıcı yapı ile elde edilmiştir. Organik boşluk taşıyıcı olarak kaynaşık tiyofenlerle (DTT) perovskit güneş pilleri üretilmiştir. Ancak, kaynaşık tiyofen bileşiklerinin hidrofob özellikleri sebebiyle kaplama aşamasında sorun yaşanmış ve homojen filmler elde edilemediğinden pil verimleri çok düşük bulunmuştur. Organik-inorganik hibrit boşluk taşıyıcılı perovskit pil çalışmalarında ise en iyi verim NiOx üzerine DTT-1 kaplanan pil ile elde edilmiştir. Ancak, pil verimi NiOx boşluk taşıyıcılı pile göre daha düşük olduğundan alternatif olarak organik kaynaşık tiyofen bileşikleri, aktif tabakaya katkılanmıştır. DTT-1 katkılı pilin verimi %13.52 olarak tespit edilmiştir. Sonuç olarak aktif tabakaya kaynaşık tiyofen bileşiklerinin eklenmesinin pil verimini artırdığı tespit edilmiştir.
Sistem tanılama makine öğrenmesi ve derin öğrenme modelleri ile güneş radyasyonu tahmini

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-08) Kader, Göksel ; Güler, Ömer ; 301141015 ; Enerji Bilim ve Teknoloji

Dünyadaki teknolojik gelişmelerle birlikte enerji ihtiyacı artmaktadır. Modern toplumda artan insan nüfusu ile birlikte insanların günlük ihtiyaçları ve faaliyetlerini yerine getirilebilmesi büyük ölçüde enerjiye bağımlıdır. Fosil yakıtların sonlu enerjiler olması bilinmektedir ve enerji ihtiyacını karşılamak için yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları olarak güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, jeotermal enerji ve hidroelektrik enerji başlıca doğadan elde edilebilen yenilenebilen kaynaklardır. Özellikle güneş enerjisi ve rüzgar enerjisi, konvansiyonel kaynakların neden olduğu küresel ısınmayı azaltırken, elektrik enerji talebinin önemli bir kısmını karşılayabilmektedir. Son yıllarda çevresel kaygılar, teknolojik gelişimler ve kurulum maliyetlerinin düşmesine paralel olarak rüzgar ve güneş enerjisi kurulumları büyük bir artış göstermiştir. Yapılan yatırımların fizibiletesi açısından rüzgar hızlarının ve güneş radyasyonunun doğru tahmin edilmesi, güç sistemi tasarımcıları ve şebeke operatörleri için son derece önemlidir.Güneş radyasyonu ölçümü oldukça maliyetli ve sensör bakım işlemlerinin operasyon, planlama ve yatırım maliyeti gibi güçlükleri vardır. Bu çalışma kapsamında güneş radyasyonun tahmini meteorolojik veriler kullanılarak sistem tanılama, makine öğrenmesi ve derin öğrenme tahmin modelleri yardımıyla yapılmıştır. Çalışma kapsamında 2012-2017 yılları arasında Şanlıurfa, Adıyaman, Diyarbakır, Gaziantep ve Hatay illerindeki ölçüm merkezlerinden alınan 10 dakikalık veri setleri tahmin modellerinde ve doğrulamalarda kullanılmıştır. Veri setindeki sıcaklık, nem, hava basıncı, ET0 ve güneş radyasyonu değişkenleri tez kapsamında yapılan analizler sonucunda modelleme ve doğrulama için en uygun değişkenler olarak seçilmiştir. Veri setindeki eksik veriler doğrusal enterpolasyon ile tamamlanmış ve uygun olmayan veriler elemine edilmiştir. Bu tez kapsamında sistem tanılama, makine öğrenmesi ve derin öğrenme tahmin modelleri Şanlıurfa ölçüm merkezi baz alınarak elde edilmiştir. İlk olarak doğrusal sistem tanılama modellerinden olan dışsal kaynaklı otoregresif ve Box-Jenkins yöntemleri kullanılarak doğrusal olarak güneş radyasonu tahmin modelleri oluşturulmuştur. Doğrusal olmayan tahmin modellerinin sonuçları göz önüne alınarak problemin doğrusal olmayan modeller kullanılarak tanılanmasına karar verilmiştir. Doğrusal olmayan sistem tanılama modellerinden olan dışsal kaynaklı otoregresif modeli ve Hammerstein-Wiener modeli kullanılarak doğrusal olmayan güneş radyasyonu modelleri elde edilmiştir. İkinci yöntem olarak makine öğrenmesi modellerinden olan destek vektör makinelerin zaman serisi tahmin modellerine uygulanabilen regresyon modeli olan destek vektör regresyonu ile farklı kerneller kullanılarak ve parametreleri optimize edilerek doğrusal olmayan güneş radyasyonu modelleri oluşturulmuştur. Üçüncü yöntem olarak derin öğrenme yöntemlerinden olan tekrarlayan sinir ağlarının geliştirilmesi ile kullanılmaya başlayan ve güçlü bir doğrusal olmayan modellemeye sahip uzun kısa süreli hafıza modelleri oluşturulmuş, uzun kısa süreli hafıza modeli için hiperparametreler optimize edilmiştir. Performans metrikleri olarak istatistiki çalışmaların hata analizinde kullanılan R kare, ortalama mutlak hata, kök ortalama kare hata ve normalleştirilmiş kök ortalama kare hata kullanılmıştır. Bu tez kapsamında oluşturulan modellerin, Gaziantep, Diyarbakır, Adıyaman ve Hatay verileri kullanılarak doğrulamaları yapılmıştır. Doğrulama sonuçlarına bakıldığında performans metrikleri kriterine göre uzun kısa süreli hafıza modelinin en iyi performansı sergilediği görülmüştür.
Farklı azimut açılarındaki teras çatı fotovoltaik sistemlerinin karşılaştırmalı optimizasyonu

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-10) Cöcen, Cüneyt Karani ; Barutçu, Burak ; 301181044 ; Enerji Bilim ve Teknoloji

Dünyadaki petrol kaynaklı yakıtların hızla tükenmesi ve giderek bir sona yaklaşması, ayrıca bu yakıtların çevre üzerindeki olumsuz etkileri insanlığın yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmesine sebep oldu. Bu kaynakların çevreci ve tükenmez özellikte olmaları enerji problemleri çözme konusunda onları çözüm odakları haline getirdi. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında güneş enerjisinin önemi son yıllarda giderek arttı. Güneşin dünyamız için sonsuz bir kaynak olması ve güneş enerjisi sistemlerinin maliyetlerinin son yıllarda büyük oranda düşmesi güneş enerjisi teknolojilerini piyasada kuvvetli bir hâle getirdi. İlerleyen yıllarda iklim değişikliğinin önüne geçilmesi ve emisyonların azaltılması gibi nedenlerle enerji üretimindeki payının da giderek artacağı aşikârdır. Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmede kullanılan fotovoltaik paneller, fotovoltaik etki yoluyla elektrik üretmek için güneşten gelen ışık enerjisini kullanırlar. İçlerindeki yarı iletken malzemeler yardımıyla güneş ışığını elektrik enerjisine çevirirler. Bu ilk kez Edmond Becquerel'in 1839'da fotovoltaik etkiyi keşfetmesiyle başladı ve Charles Fritts tarafından ilk güneş pillerini icat edildi. Güneş enerjisinin Türkiye' deki kullanımı 1970'li yılların sonundan başladı. 2017 yılında Türkiye, Avrupa enerji pazarında en yüksek kapasite artışı gösteren ülke oldu. İlk laboratuvar ölçekli güç santrali Didim'de Elektrik İşleri Etüt İdaresi öncülüğünde tesis edilmiştir. 2019 yılında; Türkiye'nin en büyük GES'i olması planlanan YEKA-1 projesi başlatılmıştır. Güneş pilleri birinci, ikinci ve üçüncü nesil hücreler olarak sınıflandırılabilir. Birinci nesil hücreler geleneksel veya gofret bazlı hücreler olarak da adlandırılırlar. Kristal silikondan yapılmış çok kristal silikon ve tek kristal silikon gibi malzemelerdir. Amorf silikon, CdTe ve CIGS hücreleri içeren ince film güneş pilleri ikinci nesil hücrelerdir. Hâlâ araştırma veya geliştirme çalışmaları devam eden ve bir dizi ince film teknolojisini içeren üçüncü nesil güneş pilleri, gelişmekte olan fotovoltaikler olarak tanımlanırlar. Fotovoltaik paneller çevreyi kirletmez ve düşük işletme maliyetleri ile 20-30 yıl ömre sahiptirler. Fotovoltaik modüller zemine, çatıya kurulabilir veya binaların pencere ve cephelerine entegre edilebilir. Yere monte fotovoltaik sistemine erişim kolaydır ve bakım maliyetleri daha düşüktür, ancak kentsel alanlarda arazinin mevcudiyeti ve maliyeti, yere monte fotovoltaik sistemleri için önemli bir sorundur. Kentsel ortamlardaki çatı alanları, güneş enerjisi kolektörleri ve fotovoltaik panelleri dâhil olmak üzere güneş enerjisi cihazlarının kurulumu için uygun yerler olarak kabul edilir. Binaların en çok güneşe maruz kalan yüzeylerinin çatılar olması ve diğer bölümlere göre, performanslarını olumsuz etkileyen etkenlerin az olması sebebiyle, fotovoltaik paneller daha çok enerji üretimi için genellikle çatı yüzeylerinde kullanılmaktadır. Ayrıca çatı fotovoltaik sistemleri arazi maliyeti içermez. Fotovoltaik güç sistemleri, genellikle şebekeye bağlı (on grid), şebekeden bağımsız (off grid) ve karma (hibrit) sistemlerdir. Şebekeye bağlı olmayan veya şebekeden bağımsız sistemler; sisteminde dışarıdan bir elektrik bağlantısı bulundurmadan tasarlanan sistemlerdir. Şebekeye bağlı fotovoltaik sistemlerde ise şebeke ile bir alışveriş söz konusudur. Bu sistemlerde, fotovoltaik sistemden üretilen enerji ihtiyaçtan fazla ise depolama yapılmaksızın şebekeye iletilir. İhtiyaçtan az enerji üretildiği zamanlarda ise şebeke bağlantısından enerji alınır. İki farklı sistemin ortak kullanımı ile oluşturulan sistemlere ise karma veya hibrit sistemler denilmektedir. Güneş radyasyonunun değişken doğası nedeniyle, fotovoltaik güneş enerjisinden güç üretimi, geleneksel enerji santrallerine kıyasla dalgalanır, bu yüzden güç maliyeti artar. Elektrik üretimi panelin üzerine düşen güneş radyasyonu ile doğru orantılı olacak şekilde ne kadar fazla olursa o kadar artacaktır. Bu sebeple, panel yerleşimleri fotovoltaik sistemlerin tasarımında ilk sıralarda gelen başlıklardan biridir. Güneş takibi yapan sistemler yardımıyla %20-40 oranında daha fazla güneş enerjisi yakalanabilmesine rağmen, takip sistemlerinin maliyeti ve takip için fazladan enerji ihtiyacı duyması sebebiyle, uygulamaları sınırlıdır. Bu nedenle, güneş kolektörünü sabit bir optimum eğim açısı değerine ayarlamak genellikle daha uygundur. Ancak kullanıcıların sabit güneş panelleri tarafından toplanan güneş enerjisini maksimize etmek için güneş panellerinin eğimi ve yönüne ilişkin doğru hesaplamalara ihtiyacı vardır. Bunun yerine uzun yıllar boyunca, güneş ışınımının yatay bileşenlerini saatlik, günlük ve aylık olarak tahmin etmek için farklı ampirik modeller kullanılmıştır. Bu modeller ile zaman, mevsim ve konum gibi farklı faktörler temelinde eğim açısını ve oryantasyon açısını değiştirerek güç üretim maliyetini iyileştirmek mümkündür. Ancak fotovoltaik modüllerinin bu eğim açısı, paralel fotovoltaik modüllerinin karşılıklı gölgelenmesine neden olur. Bu gölgeleme, fotovoltaik sisteminin verimliliğini azaltır. Paralel fotovoltaik modüllerinin artan sıra arası mesafesi ile karşılıklı gölgeleme azalır, ancak çok büyük bir mesafe, zemine monte konfigürasyon durumunda arazi maliyetinde bir artışa ve çatı konfigürasyonu durumunda çatı kullanım alanında bir azalmaya neden olur. Bu nedenle, enerji verimini en üst düzeye çıkarmak amacıyla optimize edilmiş bir sıra arası mesafe belirlenir. Güneş enerjisi sistemlerinin doğru kullanılması verim açısından önemlidir. Doğru kullanım ancak doğru fizibilite, doğru dizayn ve doğru kurulumdan geçer. Bu çalışmada da İstanbul ili için teras çatı sistemlerinin karşılaştırmalı optimizasyonu yapılmıştır. Hesaplamalar yapılırken üç senaryo üzerinde çalışılmıştır ve ayrı ayrı bu senaryolar için Matlab programı kullanılarak hesaplamalar yapılmış elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. İlk senaryo çatının solar azimut yönünde olduğu ve panellerin bu yönde çatının kenarlarına paralel olarak yerleştirildiği senaryodur. İkinci senaryo çatının solar azimut ile sabit bir açı yaptığı ve yine panellerin çatı kenarlarına paralel olduğu senaryodur. Üçüncü senaryo ise çatının solar azimut ile sabit bir açı yaptığı ama panellerin solar azimut yönünde olduğu senaryodur. Tüm bu senaryolardaki yerleşimler İstanbul ili için yılın herhangi bir tarih ve saati için, farklı eğim ve azimut açılarında çatı sisteminden elde edilen maksimum sistem güç miktarları hesaplanmıştır. Hesaplamalarda Bölüm 8 ve Bölüm 9'da verilen denklemler kullanılmıştır. Karşılaştırma yapılırken farklı azimut açılarındaki teras çatılardaki panel yerleşimleri; bina azimutu ve solar azimuta göre yerleştirildiği için bu farklı yerleşim şekillerinin sonucunda, panellerin konumlarında, sayılarında ve güneş açılarında dolayısıyla toplam elde edilen güçlerde farklılıklar olmuştur. Sonuç olarak bir sistem kurulumu yapmak için ilk önce binanın solar azimut açısının bilinmesi ve bu açıya göre değişkenlerin tespit edilmesi gerekmektedir. Farklı açılar ve parametreler altında farklı sonuçlar elde edilmektedir. Optimum sistem kurulumunun yapılabilmesinin ise değişkenler tespit edildikten sonra mümkün olacağı sonucuna varılmıştır.
Fabrication of SWCNT/AgNW/PEDOT: PSS nanocomposite transparent conductive films

(Graduate School, 2022-02-11) Akyüz, Serra Melek ; Kartepe Yavuz, Nilgün ; 301171054 ; Energy Science and Technology

Transparent conductive films have become critical components in modern devices due to rapid developments in science and technology. These devices range from touch screens to solar cells that reach out to a large proportion of the industry and our daily lives. To date, progress in nanotechnology has led to the discovery of unique nanomaterials such as carbon nanotubes, metal nanowires, and conductive polymers. These nanomaterials have sparked many researchers' attention towards extensive research. However, it has been determined that each material has a number of drawbacks as well as benefits that restrict its use in large-scale production processes. Thus, researchers have focused their efforts on developing nanocomposites consisting of different materials in order to overcome the limitations imposed by these single components. The primary objective of this study is to develop nanocomposites that derive from SWCNTs, PEDOT:PSS and AgNWs to obtain highly conductive and transparent thin films. Highly conductive TCFs were prepared by dispersing SWCNTs in an NMP solution by spray coating method. Optoelectronic properties were studied by the effect of spray gun carrier gas pressure, concentration and volume sprayed onto the substrates. The prepared thin films were subjected to post treatments with nitric acid (HNO3) using different treatment methods and times in order to improve the electrical conductivity. To further investigate the effect of p-doping in SWCNT thin films, HNO3 treatments were combined with thionyl chloride (SOCl2). The experimental results indicated that spray coating is an effective method to obtain highly conductive films without any chemical treatment, resulting in 273 Ω/sq sheet resistance, at 84 % in the visible range. Additionally, the optimized films treated with both HNO3 and HNO3/SOCl2 showed great improvements at 83% - 85 % in the visible range and in sheet resistances followed by 98 Ω/sq and 103 Ω/sq with very good FOM values (1.6 x 10-3 and 2 x 10-3, respectively). The SWCNT films were introduced to different PEDOT: PSS dispersions (PH 1000, PH 500, Clevios FET) and thin films were fabricated with the spin coating method. Sheet resistance and optical transparency measurements of the films with different PEDOT: PSS solutions were evaluated, and the film quality of the films was also taken into consideration in determining the optimum concentration. The effect of DMSO on the overall conductivity of SWCNT/PEDOT: PSS thin films was also investigated in this thesis. As a result of these investigations, Clevios FET dispersions showed better film performance while the high acidity of PH 1000 and PH500 deteriorated the SWCNT film surface during spin coating fabrication. The sheet resistance of SWCNT/FET film was measured as 142 Ω/sq with a transmittace of 55%. Additionally, the DMSO post-treatments were found to be effective to decrease the sheet resistance of films fabricated using PH 500 dispersions, while the SWCNT/FET films were negatively impacted by the treatment. The inverse effects of the post-treatment method can be explained by the differences in PH 500 and Clevios FET's morphological structures and can be matched with other studies in the literature. The addition of AgNWs were incorporated into SWCNT and PEDOT:PSS inks using two different wet coating techniques. For the first strategy, the AgNWs were added to the PEDOT: PSS dispersion, and the SWCNT/PEDOT:PSS-AgNW nanocomposites were fabricated by the spin coating method. In the second approach, AgNWs were mixed into the SWCNT ink and films fabricated by the spray coating method. The PEDOT:PSS dispersion was spin coated in the final assembly of SWCNT-AgNW/PEDOT:PSS films. The addition of AgNWs did not result in a significant decrease in sheet resistance with either approach. The high surface resistance can be associated with the AgNWs' low electrical conductivity due to their low aspect ratio, bulk impurities, and/ or acid corrosion of AgNWs lead by PEDOT:PSS. SWCNT-AgNW/PEDOT:PSS nanocomposite made with the second method showed the best performance among these two methods, where the resistance of the film was measured as 220 W/sq with a 55% transmittance.
PTC ısıtıcı ünitesi geliştirilmesi tasarımı ve analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-11) Tabancacı, Altay ; Çolak, Üner ; 301121035 ; Enerji Bilim ve Teknoloji

Son yıllarda araç içi termal konfor talebi, günden güne artmış ve taşıtlarda en çok aranan özelliklerden birisi haline gelmiştir. Taşıt konforunu arttırmak üzere yapılan, iklimlendirme ve havalandırma sistemlerine (HVAC) yönelik araştırma ve geliştirme çalışmalarında da büyük ilerlemeler kaydedilmiştir. Bu araştırmalar, araç içi konforu sağlamanın yanında, araç termal verimliliği üzerine de yapılmakta ve araç içi iklimlendirme sistemlerinde, termal verim her geçen gün önem kazanmaktadır. Elektrikli araçlarda; ana ısıtma sistemi olarak kullanılan PTC (Positive Temperature Coefficient) ısıtıcılar, araç iç ortam sıcaklığını hızlıca konforlu olarak kabul edilen sıcaklıklara ulaştırabilir. İçten yanmalı motorlu araçlarda ise; konvansiyonel olarak motor çalıştırıldıktan sonra motorda oluşan artık ısı, fan vasıtasıyla, hava kanallarından geçirilerek araç içerisine verilmektedir. İçten yanmalı motorlu araçlarda kullanılan bu yaklaşım verimlidir. Ancak soğuk iklim şartlarına sahip bölgelerde ve dizel araçlarda, motorun ısınma süresine bağlı olarak buzlanmanın çözülmesi ve araç içinin ısıtılması uzun zaman alabilmektedir. Bu durum araç iç ortam sıcaklığı, konforlu olarak kabul edilen sıcaklıklara ulaşana kadar geçen sürede yolcuların konforsuz hissetmesine neden olmaktadır. PTC ısıtıcılar, özellikle içten yanmalı motorlu, orta-üst sınıf ve soğuk bölgelerde kullanılan araçlarda, kabin içi yardımcı ısıtma sistemi olarak kullanılmaktadır. Soğuk havalarda araç motorunun ısınma süresi boyunca ana ısıtıcı sistemi destekleyerek, 30 saniye gibi kısa sürede kabin içi konfor koşullarına ulaşılmasını sağlar. Aracın içine yönlendirilen hava PTC ısıtıcıdan geçerek, kabine içerisinde ısıtma sağlanması ve buz çözme gibi termal sorunların giderilmesinde kullanılır. Isıtıcı, içerisinde genellikle, polikristal seramik katkılı sıkıştırılmış baryum titanat (BaTiO3) malzemesinden üretilen PTC teknolojisini kullanmaktadır. Çalışmada kabin içi iklimlendirme sisteminde kullanılmak üzere termo-ekonomik performansı yüksek, özgün bir PTC ısıtıcı tasarlanması amaçlanmıştır. Projenin literatür araştırmaları sırasında, otomotiv sektöründe kullanılan benzer ürünler incelenmiş, bunun yanında konu ile ilgili makale ve patentler de incelenerek ürünlerin tasarımındaki eksikler ve iyileştirilebilecek noktalar tespit edilmeye çalışılmıştır. Araştırmalar kapsamında daha çok ürünlerin geometrik şekilleri, ısı transfer yüzeyleri, bağlantı noktaları ve patente konu tasarımsal detayları incelenmiştir. Çalışma kapsamında; elektrikli ve motorlu araçlarda kullanılan PTC ısıtıcı sistemlerinin tasarımı, boyutlandırılması ve optimizasyonu, temel ısı transferi, akışkanlar mekaniği, hesaplamalı akışkanlar dinamiği CFD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) yöntemleri kullanılarak yapılmıştır. Literatür taraması ve mevcut ürünlerin incelenmesi sırasında iki farklı üretim yönteminin ön plana çıktığı görülmüştür. Çalışmanın başlangıcında bu yöntemlerden biri olan PTC çubuklara ısı transferi kanatların geçirildiği, eklemeli tasarımlar üzerine araştırmalar yapılması tercih edilmiştir. Ancak yapılan tasarımların karmaşıklığı ve üretim zorlukları fark edilmiş aynı zamanda ısıtıcı üzerindeki, sıcaklık dağılımlarının homojen olmadığı görülmüştür. Çalışmanın ilerleyen aşamalarında üretim ve montaj kolaylığı ve yüksek ısı transferi özellikleri kabiliyetleri nedeniyle alüminyum ekstrüzyon yöntemi ile üretilen modellerin kullanılmasına karar verilmiştir. Her iki yöntemin de sayısal modelleme tekniği ve analizlerinde uygulanan yöntemler benzer olduğundan, çalışmanın tamamında aynı CFD modelleme parametreleri kullanılmıştır. Bu parametreler ekstrüzyonla üretim metoduna göre geliştirilen yeni tasarımlara da uygulanmıştır. Karşılaştırmalı analiz çalışmaları sonrasında, farklı PTC ısıtıcı tasarımları yapılmıştır. Bu tasarımların CFD analizlerinin yapılabilmesi için, sayısal modelleme tekniği, sınır şartları ve çözüm metotları belirlenmiştir. Bu bilgiler ışığında yapılan konsept tasarım ve geliştirme faaliyetlerine dair tasarımların yapılmasında CAD (Computer Aided Design) yazılımı olarak NX-Siemens, CFD analizlerinin yapılmasında ise Ansys-Fluent 19 yazılımı kullanılmıştır. Analiz çalışmaları 64 GB RAM ve 16 çekirdek işlemci gücüne sahip iş istasyonuyla yürütülmüştür. Tüm çözümler zamandan bağımsız ısıl (steady state thermal), örtük (implicit), basınç temelli (pressure-based), üç boyutlu (tree-dimensional) ve tekil hassasiyetli (single precision) olarak yürütülmüştür. Ansys-Fluent ortamında yapılan analizlerde temel amaç, birim alanda yüksek ısı transferi sağlayacak tasarımlar ortaya koymaktır. Bu bağlamda, PTC ısıtıcının ısıl ve aerodinamik performansını arttırmak ve tasarıma bağlı dirençleri azaltmak adına farklı tasarımlar denemiştir. Farklı PTC ısıtıcı tasarımları için gerçekleştirilen analiz sonuçları ısıl kapasite (W), basınç kaybı (Pa) ve birim malzeme başına elde edilen ısıl kapasite (W/m3) parametreleri temel alınarak kıyaslanmış ve optimum tasarım belirlenmiştir. Yapılan analizler sırasında elde edilen veriler, farklı tasarımların etkilerini ayrı ayrı göstermekte ve özgün bir tasarım ortaya koyabilmek için geliştirme faaliyetine katkıda bulunmaktadır. Yürütülen bu iteratif süreç soncunda elde edilen her bir analiz sonucu PTC ısıtıcı tasarımını optimize etmek için kullanılmıştır. PTC ısıtıcı kanat tasarımında, NACA simetrik kanat profilleri tasarımından yola çıkılarak geometrik iyileştirmeler yapılmıştır. Böylece sınır tabakaya yakın daha düşük türbülansla sessiz çalışan bir ısıtma sistemi tasarlanmıştır. Kullanılan bu profil aynı zamanda sınır tabakada gerçekleşen ısı transferinin de arttırılması ile sağlanmıştır. Ayrıca, kanat üzerindeki ısı dağılımını iyileştirmek için; PTC termistöre yakın bölgelerde taban et kalınlığı arttırılarak, PTC'nin oluşturduğu ısının soğrulabileceği bir kütle oluşturulmuş, hem de bu bölgede uzayan finler ile havaya olan ısı transferi artırılmıştır. PTC termistörden en uzak bölgede görece geniş geçiş delikleri kullanılarak akış yönlendirilmiş ani basınç düşüşlerinin önüne geçilmiştir. Böylece otomotiv firmalarının teknik şartname isterlerinde de yer alan basınç düşüş değerleri yakalanmış aynı zamanda, ani basınç düşüşlerinde oluşan ıslık sesinin önüne geçilmiştir. Yapılan iyileştirmeler ile sektörde kullanılan ürünler arasında yapılan karşılaştırmalarda, ortalama kanat yüzey sıcaklıklarında 20°C'lik bir artış sağlanmıştır. Isıtıcı çıkışında hava sıcaklığının 7.7°C yükseldiği görülmüştür. Çalışma sonunda ortalama yüzey kanat sıcaklığı arttırılmış, muadil ürünlerle kıyaslandığında daha yüksek güç değerlerine ulaşılmıştır. Aynı kesit alanında ısıtma kapasitesinde %44'lük bir artış sağlanmıştır. Çalışma sonunda ortalama kanat yüzey sıcaklığı arttırılmış, muadil ürünlerle kıyaslandığında daha yüksek güç değerlerine ulaşılmıştır. Geometrik tasarım, iyileştirilmiş ısı dağılımı bu gelişmelerde etkili olmuştur. Ayrıca akışkan ve alüminyum arasında ısı transferini arttırmak için yüzeyler yumuşatılmıştır. Bu durum basınç farkının istenilen düzeyde kalmasını sağlarken akışın sınır tabakasına yaklaşması sağlanmıştır.
Türkiye elektrik enerjisi talep tarafı esneklik analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-16) Sağlam Alper, Mehtap ; Güler, Önder ; 301091104 ; Enerji Bilim ve Teknoloji

İklim değişikliği ile mücadelenin küresel ölçekte önem kazandığı günümüzde; sera gazı salınımına yol açan fosil yakıtlara dayalı enerji üretim politikalarından vazgeçilmekte ve enerji talebinin sera gazları bakımından temiz olan yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanması öncelik kazanmaktadır. Öte yandan, merkezi üretim yerine değişken ve dağıtık üretimin yaygınlaşması, şebekede esneklik ihtiyacının artmasına ve şebeke işletiminde mevcut durumda faydalanılan esneklik araçlarının yetersiz kalmasına yol açmaktadır. Sosyal refah düzeyi bakımından gelişmiş olan ülkeler, şebekelerde artan esneklik ihtiyacını karşılamak üzere enerji depolama sistemleri, talep tarafı katılımı ve benzeri yeni esneklik çözümlerini hayata geçirmekte ve piyasa yapılarını buna göre şekillendirilmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, yatırım maliyetinin sıfıra yakın olması, uygulama kolaylığı ve enerji verimliliğine katkı sağlaması sayesinde yeni esneklik seçenekleri arasında ön plana çıkan talep tarafı katılımı; geçmişten günümüze kadar olan gelişim süreci, uygulama türleri, piyasa modelleri ve yurt dışı örnekleri çerçevesinde kapsamlı bir biçimde ele alınmaktadır. Ayrıca, Türkiye açısından talep tarafı katılımının mevcut durumunun; ulusal stratejiler, yasal altyapı ve piyasaya erişim bakımından değerlendirmesine yer verilmektedir. Bunun yanı sıra, talep tarafı esnekliğinin ölçülmesinde referans alınan temel tüketim değerinin belirlenmesine ilişkin yöntemler araştırılarak, talep tarafı için kurgulanan piyasa veya program yapısına uygun bir yöntemin belirlenebilmesi için esas alınması gereken temel ilkeler ve parametreler üzerinde durulmaktadır. Son olarak, ülkemizde 2021 yılı itibarıyla yan hizmetler piyasasında devreye alınmış olan talep tarafı yedeği hizmeti kapsamında düzenlenen temel tüketim değerinin belirlenmesine ilişkin metodoloji incelenerek söz konusu yöntemin tüketim tahmin performansı, örnek tüketim tesislerinin geçmiş tüketim verilerinden faydalanılarak analiz edilmektedir. Ayrıca, ülkemizdeki metodoloji ile tez çalışması kapsamında araştırılan yurtdışı uygulamalarında kullanılan geçmiş tüketim verilerine dayalı temel tüketim değeri belirleme yöntemleri kıyaslanarak; yurtdışı örneklerinde sıklıkla faydalanılan gün içi düzeltme yöntemleri incelenmektedir. Bu çerçevede, talep tarafı yedeği hizmeti kapsamında, hizmetin niteliklerine uygun bir gün içi düzeltme katsayısı belirlenerek mevcut metodolojiye eklenmekte ve seçilen örnek tüketim tesisleri için metodolojinin tahmin performansına ilişkin analizler, düzeltme katsayısını da içerecek şekilde tekrar edilmektedir. Sonuç kısmında ise, mevcut metodolojinin ve düzeltme katsayısı eklenen metodolojinin tahmin performansına ilişkin analiz sonuçları karşılaştırılmak suretiyle ülkemizde kurgulanan temel tüketim değeri belirleme metodolojisinin iyileştirilmesine ilişkin öneriler sunulmakta ve günümüzün değişen dinamikleri karşısında ulusal elektrik şebekemizde arz güvenliğini sürdürülebilir kılmak üzere esneklik seçeneklerinden faydalanama konusunda geleceğe yönelik değerlendirmelere yer ver verilmektedir.
Darbeli detonasyon motoru (DDM) ile farklı konfigürasyonlarda detonasyon dalgası oluşturma

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-21) Bulut, Ali Cem ; Çakan, Murat ; Tunçer, Onur ; 301171034 ; Enerji Bilim ve Teknoloji

Darbeli patlatma, mevcut motor sistemlerinden daha verimli itki üretmek için yakıtın patlatılmasını içeren bir tahrik teknolojisidir. Teorik araştırma ve deneyler ile, tekno-lojisinin mekanik basitliği, termodinamik verimliliği sayesinde mevcut motor tiple-rinden daha verimli olduğu gösterilmiştir. Darbeli Detonasyon Motoru(DDM), yak-laşık olarak Mach 2.3'e kadar hızlarda karşılaştırılabilir. Ramjet motorlarından daha yüksek bir özgül itme ürettiğinden, çok aşamalı bir tahrik sisteminin parçası olarak kullanım için uygundur. DDM, bir ramjet veya scramjet motor için statik itme sağla-yabilir veya turbofan sistemleriyle birlikte çalışabilir. Bu nedenle, havacılık, uzay ve askeri endüstrilerin birçok sektöründe potansiyel uygulamalarda görülmektedir. Bu-nunla birlikte, DDM'nin pratik kullanımını görebilmesi için üstesinden gelinmesi gereken mühendislik zorlukları vardır. Patlama sürecini başlatmak, sürdürmek ve sürekli kılmak için mevcut yöntemlerin iyileştirilmesi gerekiyor. Bu amaçla, birçok kurum ve kuruluş bu gelişimi sağlamak için farklı süreçler geliştirdi. Farklı yakıt, tasarım, püskürtme, türbülans yöntemleri, patlama bölgesindeki boyutlar ve sıcaklık-lar gibi parametrelerle detonasyon dalgasını sürekli ve sabit kılmak üzerine çalışıyor-lar. Aynı şekilde buradaki araştırma ekibi de bu değişen tasarım kombinasyonlarını bizzat yerinde deneyerek aynı çalıştaya katkı yapmayı hedefliyor. Detonasyon dalga-sını üretmek ve stabil kılmak için en uygun tasarımı ve parametreleri bulmak için gereken deneysel çalışmaları yapıldı. Sonuç olarak, çoğu test vakasında arka çekir-dek-gövde basıncı bilinmiyordu. Basınç ölçümünün belirsizliğine teorik olarak kavi-tasyon ve keskin kenar yaklaşımı ile yaklaşılsa da enerji kaybı ve farklı hızlarda ve sıcaklıklarda hazne dolumu gibi değişkenler nedeniyle farklı belirsizliklerle basınç ölçümüne neden olabilirdi. Enjektörlerde oluşan basınç ve enerji kayıpları ve enjek-tördeki yakıtın homojenliği tam olarak bilinmemektedir. Normal tasarım koşulları, 350 -500 mm boru boyları, 200 mm yay uzunluğu, 10, 20,25 mm yay adımları, 2, 2,5 yay tel kalınlıkları, farklı aralık tasarımları ve farklı aralık mesafelerine sahip dik-dörtgen 4 veya 5 engel, 2- 5 mm^2 dikdörtgen geçiş alanları, 0-200 °C sıcaklık fark-ları, farklı püskürtme stilleri ve ince delikli ve araç enjektörleri gibi farklı enjektör tasarımları, hidrojen ve kerosen gibi farklı yakıt kullanımı, farklı basınç sensörü ko-numlandırma, 0,5-3 stokiyometrik oranlarda, 1 - 12 bar basınçlı yakıt ve oksitleyici, 0 - 5 sn tutuşma süreleri arasında farklı kombinasyonlar üretilerek testler yapılmıştır. Patlama dalgası oluşumu 350 mm uzunluğunda, 10 mm çapında, 1/3 parçada 2 mm et kalınlığında, 10 mm hatve yayı geometrik koşullarında, oda sıcaklığında, stokiyo-metrik oran 1.1, 5 g/s hidrojen ve 40 g/s'de en güçlüdür. s Akış hızlarında ateşlenerek oksijen gazı elde edilmiştir. Güçlü patlama dalgaları olarak değerlendirilen sonuçlar-da 14 bar basınç ve 3266 m/s hız elde edilmiştir.
Enerji verimliliği uygulamalarında adaptif yol aydınlatmaları

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-28) Aslan, İsa ; Onaygil, Sermin ; 301171019 ; Enerji Bilim ve Teknoloji

Sokak aydınlatmaları ulaşım sisteminin önemli bir alt yapısını oluşturmaktadır. Standartlar doğrultusunda tasarlanmış bir aydınlatma sistemi trafik kazalarının azaltımını sağlarken, aynı zamanda sokakta işlenebilecek suçların önlenmesine de yardımcı olmaktadır. Sokak aydınlatmalarının uzun saatler çalışıyor olması ise insanların gece dışarıda özgürce dolaşmalarını sağlayarak sosyoekonomik yapının gelişiminde yardımcı olmaktadır. Aydınlatma günlük hayatımızda önemli bir rol oynuyor olmasına rağmen, ekonomik ve çevresel açıdan getirmiş olduğu mali yüklerden dolayı, sistemin sürdürülebilir olması önemli bir parametredir. Dünya üzerinde artan nufüs, kısıtlı olan enerji kaynaklarının kullanımını bir kez daha gündeme getirmiştir. Bundan dolayı enerji tüketiminin azaltılması, yaşam standartları ve konfordan ödün vermeden enerjinin doğru ve verimli bir şekilde kullanılması için çalışmalar yapılmaktadır. Şehir içi enerji tüketiminde önemli bir paya sahip olan sokak aydınlatmalarının da sürdürülebilir, güvenilir ve enerji verimli sistemler olarak tasarlanması için standartlar hazırlanmakta ve projeler yürütülmektedir. Teknolojide yaşanan gelişmeler ile daha az bakım gerektiren ve daha az enerji tüketimi sağlayan LED'li sistemler aydınlatma tasarımlarında yerini almıştır. Yol aydınlatmalarında LED'e dönüşüm ile elde edilebilecek enerji tasarruf değerlerinin yüksek olabilmesi için trafik güvenliğini tehlikeye sokmayan kontrol stratejileri ile otomasyon sistemlerinin kullanılması önerilmektedir. Otomasyon sistemleri kullanılarak yaratılacak kontrol stratejilerinin, yol aydınlatma standartlarında belirtilmiş olan aydınlatma kalite kriterlerinden ödün verilmeden gerçekleştirilmesi beklenmektedir. Değişen çevre koşulları, yolun kullanım durumu ve trafik akışındaki yaşanan değişimlerin anlık olarak takip edilmesi ile yeni aydınlık seviyeleri yaratılarak bu kalite kriterlerinin korunumu sağlanabilmektedir. Ayarlanabilir yol aydınlatması olarak tanımlanabilen bu sistemler Adaptif Yol Aydınlatması – ARL diye adlandırılmaktadır. Son yıllarda ARL sistemi hakkında yapılan çalışmalar yoğunluk kazanmış olsa da mevcut literatürdeki çalışmalar genellikle laboratuvar ortamında oluşturulan prototip sistemler ya da simülasyon şeklindeki uygulamalardır. Gerçek yol tesisatlarında farklı strateji ve senaryoların uluslararası standartlara göre uygulandığı saha çalışmalarının sayısı azdır. Bu konuda yol gösterici örnek uygulama, rapor ve şartname çalışmalarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada doğru tasarlanmış LED'li yol aydınlatmalarında farklı kontrol stratejilerine sahip Adaptif Yol Aydınlatması uygulamalarının enerji tasarruf oranlarına katkılarının incelenmesi amaçlanmıştır. Enerji tasarruf oranları, taslak çalışması yürütülen EN 13201-5 standartında tanımlanmış enerji performans göstergeleri kullanılarak hesaplanmıştır. Mevcut durumda YBSBL'lı armatürlerle aydınlatılan M2 aydınlatma sınıflı yolun LED'e dönüşümü ile başlanmış, güneş batış ve doğuş saatlerine göre yol aydınlatmasının çalıştığı süreler, trafik yoğunluğu değişimi, ortam koşulları ve yağmurlu gün sayısı gibi veriler analiz edilerek yol aydınlatması otomasyon senaryoları oluşturulmuştur. LED'e dönüşüm ile %68,19 oranında enerji tasarrufu sağlanmıştır. Sonraki süreçte yolda önceden öğreti sistemine dayalı merkezi kontrol stratejisi (statik) ile araç takip sistemli stratejilerin (dinamik) birlikte kullanıldığı hibrit stratejili bir kontrol yöntemi geliştirilmiştir. Statik ARL uygulaması ile %35,57 oranında ek enerji tasarrufunun elde edilebileceği, hibrit ARL uygulaması ile tasarruf oranının %45,93'e yükseleceği hesaplanmıştır. Yağış koşulları dikkate alındığında, statik adaptif ARL uygulaması ile %23 oranında enerji tasarrufu sağlanırken, hibrit ARL uygulamasında yağışlı koşullar dikkate alındığında enerji tasarruf oranı %29,69'a düşmektedir.
Yüksek yoğunlaştırıcılı bir mikro fotovoltaik/termal kombine hibrit enerji sistemi önerisi ve modellemesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-03-31) Çalık, Keziban ; Fırat, Coşkun ; 301052005 ; Enerji Bilim ve Teknoloji

Lineer Fresnel reflektörlerle (yansıtıcılarla) entegre bir fotovoltaik (PV) sistem, bir termal soğutma sistemi ile birleştirildiğinde çok çekici bir enerji üretim sistemi ortaya çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında, bir lineer Fresnel reflector sistemine alıcı olarak entegre edilmiş bir PV panel ile, basit ve fakat özgün bir konfigürasyona sahip yoğunlaştırıcılı bir fotovoltaik-termal (CPV/T) sistem teorik olarak elde edilerek teknik modellemesi yapılmaktadır. Öngörülen bu sistem optik, elektriksel ve termal kısımlardan meydana gelmektedir. Üretim kolaylığı ve düşük maliyetli olmasının yanı sıra aynı zamanda daha az yer kaplayan düzlemsel aynalar sistemin optik kısmını, yüksek verimli ve son derece dayanıklı monokristal PV panel systemin elektriksel kısmını ve diğer soğutma konfigürasyonlarına göre daha verimli olan PV "alıcının" arka yüzeyine yerleştirilen kanallardan su geçirilmesi suretiyle oluşturulan sistem de önerilen PV/T systemin termal kısmını oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasıyla önerilen CPV/T sistemi, bir durum çalışması olarak İstanbul şehri için incelenmektedir. İstanbul iline ait güneş radyasyonu verileri kullanılarak yapılan bu durum çalışmasının sonuçları, İstanbul iline ait güneş ışınım değerlerinin diğer illerle karşılaştırıldığında görece düşük olmasına karşın, önerilen böyle bir enerji üretim sisteminin, daha yüksek güneş enerjisi değerlerine sahip lokasyonlarda uygulanması halinde daha cazip sonuçlar elde edileceği hususunda ümit verici ve yol gösterici olmaktadır. Çalışmada, saatlik direk normal radyasyon (HDNI) dikkate alınarak, yılın her ayını "temsil eden günler" için, gün doğumundan gün batımına kadar geçen sürede, aynaların eğim açıları saatlik olarak tüm aylar için hesaplanmaktadır. Hesaplamalarda, literatürdekinden farklı olarak bilgisayar yardımıyla geometrik hesaplama yöntemleri kullanılmaktadır. Aynalara gelen güneş radyasyonundan en fazla faydanın sağlanabilmesi için, aynaların her biri farklı açılara sahip olacak şekilde güneşi izlemelidir. Saatlik açı hesapları yapılarak bir izleme mekanizması oluşturulmaktadır. İzleme yapılıyor olmasına rağmen, sistemin bir yansıtıcı sistem olması sebebiyle, doğası gereği sistemin optik kısmında kayıplar oluşmaktadır. Örneğin, yansıtma mekanizması sebebiyle, gelen güneş radyasyonu ile ayna normali aynı doğrultuda olamayacağı için kosinüs kayıpları kaçınılmaz olarak meydana gelmektedir. İzleme sistemi ile bu kayıp azaltılsa da kaçınılmazdır. Bu tür bir optik kaybın dışında, aynaların birbirini gölgelemesi, engellemesi, alıcı destek elemanları ve alıcının kendisinin aynaları gölgelemesi gibi nedenlerle ve alıcıda enine ve/veya boyuna uçlarda kayıplar meydana gelmektedir. Bu kayıpların yanında, hava koşullarından, izleme sistemi konstrüksiyonundan kaynaklı izleme hassasiyetinin azalması gibi kayıplar da meydana gelmektedir ancak bu kayıplar bu çalışmada ihmal edilmektedir. Sistemin optik verimini tespit etmek amacıyla kullanılan birçok benzetim yazılımı olmasına rağmen, başlangıçta bir deneme yapmak amacıyla, kullanım kolaylığı sağlayan Tonatiuh isimli yazılım ile optik modelleme yapılmıştır. Ancak gerek Tonatiuh gerekse diğer modelleme programlarında optik verim, sadece bir parametrenin sabit tutulup diğer parametrelerin değiştirilmesi suretiyle hesaplanabilmektedir. Bu tez çalışmasında, daha hassas bir hesap yapmak ve sistemde doğru optimizasyonların yapılabilmesi için, kayıpların doğrudan ölçümler yaparak tespit edilmesini sağlayan bilgisayar destekli vektörel çizim programları ile optik modelleme yapılmaktadır. Modelleme yılın her ayını temsil eden gün için, gün doğumundan gün batımına kadar saatlik olarak yapılmaktadır. Sistemde, nispeten ekonomik olan yansıtıcılarla toplanan güneş radyasyonu, daha küçük alana sahip olan bir alıcı (PV panel) üstüne yoğunlaştırılarak gönderilmektedir. Bu yoğun radyasyon, PV panelin aşırı ısınmasına ve bunun sonucunda da PV hücrelerde bozulmalara ve en önemlisi de panelin elektriksel veriminin düşmesine neden olmaktadır. Verim düşüşünü önlemek amacıyla, PV panelin arka yüzeyine yerleştirilen kanallar içerisinden soğutucu akışkan olarak su dolaştırılarak PV panel soğutulmuş ve verim düşüşü önlenmiş olmaktadır. Bununla birlikte, nispeten düşük sıcaklıkta da olsa, örneğin evsel kullanıma uygun sıcaklıklarda çıkış suyu elde edilerek, bir PV/T sistem meydana getirilmektedir. Böylece öngörülen sistem hem elektrik hem de termal enerji üreterek, toplamda daha verimli bir sistem elde edilmiş olmaktadır.
Alternatif süperkritik karbondioksit çevrimlerinin termodinamik analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-04-22) Boyan, Hacı Osman ; Çolak, Üner ; 301181049 ; Enerji Bilim ve Teknoloji

Fosil kaynak temelli insan yaşamının yol açtığı etkiler, tabiatta ve günlük hayatta artık görünür hale gelmiş ve tehlikeli boyutlara ulaşmıştır. Enerji üretiminde, hava, kara ve deniz taşımacılığında, ulaşımda neredeyse tamamen fosil kaynaklara bağlılığımız atık ve iklim sorunlarına yol açmıştır. Geri dönülemez noktaya hızla ilerlerken fosil kaynaklara bağlı olduğumuz sektörlerdeki alışkanlıkların da değişmesi gerekmektedir. Dünyada, enerji üretiminde, yaklaşık %60 oranında fosil yakıtlı santraller, %10 civarı ise nükleer santraller kullanılmaktadır (IEA, 2020). Karbondioksit ve diğer sera gazı salımlarına sebep olan fosil yakıt kullanımının azaltılması için yenilenebilir kaynakların kullanımının yaygınlaşması gerekmektedir. Güneş enerjisinin ısıl uygulamaları için büyük bir potansiyel vadeden süperkritik karbondioksit (sCO2) çevrimleri dikkat çeken bir konudur. Güneş enerjili santrallerin yanında, yeni nesil nükleer santraller, jeotermal santraller, fosil yakıtlı santraller, ağır sanayide atık ısı geri kazanımı uygulamaları gibi çeşitli ısı kaynaklarına uygulanabilme esnekliği, bu çevrimler için geniş bir araştırma alanı oluşturmaktadır. sCO2 çevrimlerinin tasarım noktası ve tasarım dışı durumlardaki davranışlarını değerlendiren modellere ihtiyaç vardır. sCO2'nin bir güç çevriminde iş akışkanı olarak kullanılması fikri 1950 yılında Sulzer tarafından ortaya atılmış ve sCO2 Brayton çevriminin patentini almıştır (Sulzer, G., 1950). Daha sonra yapılan araştırmalarla yüksek potansiyel vadeden bir konu olduğu görülmüş ve son 10 yılda yapılan çalışmalar da büyük bir ivme kazanmıştır. Bu çalışmada ısı kaynağından bağımsız, sabit bir ısı girişinde üç farklı sCO2 çevriminin performansının modellenmesi amaçlanmıştır. Tez kapsamında, üç çevrim için (Basit Çevrim, Yeniden Sıkıştırma Çevrimi, Birleşik Çevrim) tasarım noktaları belirlenmiş ve bir termodinamik model oluşturulmuştur. EES (Engineering Equation Solver) programında oluşturulan modeller için belirlenen tasarım noktası esnektir ve modelin belirlenen farklı tasarım koşullarında çalışmasına olanak verir. Modellenen 3 çevrim için en uygun tasarım noktalarının hesaplanması hedeflenmiştir. Tasarım noktası için, kompresör giriş sıcaklığı 32 °C, türbin giriş sıcaklığı 600 °C ve türbin giriş basıncı 25 MPa seçilmiştir. Tasarım noktasında en yüksek verime birleşik çevrimde (~%50), en düşük verime de basit çevrimde (~%35) ulaşılmıştır. Çevrimlerin basınç oranı, yeniden sıkıştırma ayrılma oranı, kompresör giriş sıcaklığı, türbin giriş sıcaklığı gibi parametrelerinin değişimlerine çevrim veriminin tepkisi incelenmiş ve en uygun noktalar belirlenmiştir. Çevrimler de sadece o çevrime ait olan parametre değişimi açısından değerlendirilmiştir (Örneğin, Birleşik Çevrimdeki sıkıştırma ve genişleme oranları). Bu değişkenlerin ısıl verim üzerindeki etkisi ayrı ayrı incelendikten sonra, ikili, üçlü ve dörtlü olarak aynı andaki değişimlerine karşılık en yüksek ısıl verim değerleri araştırılmıştır. Bu çalışma sonucunda ve yapılan diğer araştırmalar incelendiğinde, belirli bir ısı kaynağıyla birlikte tüm diğer değişkenlerin hesaba katıldığı ayrıntılı bir sCO2 çevrimi modellemesi bu konudaki araştırmaların ve deneysel çalışmaların, ticari bir uygulamaya dönüşmesini hızlandıracaktır.
Elektrikli araçlar, elektrikli araç şarj istasyonları ve Türkiye için gelecek dönem elektrikli araç miktarı tahmini

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-05-07) İpek, Batuhan ; Güler, Önder ; 301111002 ; Enerji Bilim ve Teknoloji

Elektrikli araçların kullanımı günden güne artmaktadır. Ülke bazlı değişmekle birlikte dünyanın her yerinde fosil yakıt kaynaklı ısıtma, soğutma sistemlerinin yerini ısı pompaları, güneş enerjisi destekli sistemler almaktadır; buna paralel olarak da fosil yakıtlı taşıtların yerini de elektrikli ve hibrit araçlar almaktadırlar. Elektrikli araçlar genel anlamda üç ana grupta incelenmektedirler: tam elektrikli araçlar, hibrit elektrikli araçlar, şarj edilebilir hibrit elektrikli araçlar. Bu tez çalışmasında tüm elektrikli araç tiplerine genel anlamda değinilerek, ilgili teknik altyapılarına dair detaylar anlatılmıştır. Ayrıca şarj metodlarının ayrıntıları, şarj usullerinin teknik detayları, şarj istasyonu tipleri ve kullanım alanları tanıtılmıştır. Birtakım vaka analizleri ile literatürde yer alan örnekler ile de destekleyerek akıllı şarja yönelik çalışmalar tanıtılmış ve önemi vurgulanmıştır. Kablolu ve kablosuz olarak gerçekleştirilebilen elektrikli araç şarjı, çok komplike elektronik devreler ile verimli, hızlı, güvenli hale getirilebilmektedir. Bu iyileştirme için teknik altyapısı kuvvetli olan güç elektroniği devreleri kullanılmaktadır. Dünyanın geleceği açısından elektrikli araçlara geçişin çok kıymetli olduğu konusu toplumca kabul görmüş bir gerçektir. Bu sebeple ülkelerin bu enerji geçişi için birtakım öngörüler yaparak geleceğe yönelik tedbir almaları gerekmektedir. Bu sebeple önümüzdeki kısa, orta ve uzun vadede elektrikli araçların miktarının ne olacağı yönünde bir çalışma yapmak ve doğruya yakın bir sonuç tespit etmek karar mekanizmalarının yapacakları çalışmaları destekleyecek nitelikte olacaktır. Literatürde birçok projeksiyon metodu olmasının yanı sıra, orta ve uzun vade için kabul görmüş olan lojistik büyüme fonksiyonu öne çıkmaktadır. Bu fonksiyon tarihimizde gerçekleşmiş olan teknoloji devrimlerinde toplumun ilgili teknolojileri kabul davranışlarını incelemek için birçok kez kullanılmış ve bu teknolojiler ile bağıntılı olan başka ürün ve hizmetlerin geleceği için de temel teşkil etmiştir. Bu sebeple, elektrikli araçlara geçişin büyük bir devrim olacağı kabul edildiğinde lojistik büyüme fonksiyonunun gelecek yıllardaki, özellikle orta ve uzun vadede, elektrikli araç miktarının belirlenmesi amacıyla kullanılması doğru bir tahmin olacaktır. Bu tez çalışmasındaki projeksiyon çalışması özellikle elektrikli araç şarj istasyonlarının miktarının, kapasitelerinin, coğrafi noktalarının, sıklıklarının belirlenmesinde önemli bir temel teşkil edeceği açıktır. Yalnızca Türkiye ölçeğinde değil, Avrupa ve hatta dünya ölçeğinde de yararlanılabilecek birtakım projeksiyon çalışması sonuçları bu tez çalışmasında sunulmuştur.
Energy, exergy, economic and environmental-based design, analysis and multi objective optimization of novel solar tower-based gas turbine cycle multi-generation systems with new performance criteria

(Graduate School, 2022-05-20) Çolakoğlu, Mert ; Durmayaz, Ahmet ; 301162002 ; Energy Science and Technology

Global demand for energy has been rising steadily with increasing population, industrialization, urbanization and life standards. In order to meet this demand, fossil fuels such as oil, coal, natural gas etc. have been utilized intensively. However, this intense use resulted in environmental issues caused by harmful emissions of fossil fuels. Therefore, utilization of renewable energy such as solar, wind, geothermal etc. have been proposed as a solution to cope with these problems caused by fossil fuels. Additionally, energy efficiency has also been considered as another pillar for decarbonization. Firstly, cogeneration systems which produce power and heating simultaneously from the same energy source evolved with a significant increase in total energy efficiency of the plant compared to only power generation. Later, tri-generation systems are evolved to further improve the efficiencies and to provide cooling in addition to heating and power. Recently, multi-generation (MG) systems which provide at least four utilities such as power, heating, cooling, fresh water, hydrogen, domestic hot water (DHW), drying, various chemicals etc. have become focus point for research due to higher efficiencies, compactness, product versatility, economic feasibility and ability to work with renewables. Among various renewable energy sources, solar energy has received increased attention, and several attempts to use concentrated solar energy as a primary energy source for MG systems have been observed. Despite several detailed analysis of other technologies-based MG systems, solar tower-based open air gas turbine cycle (SGTC)-driven MG systems lacked sound research, comprehensive analysis considering thermodynamic, economic and environmental performances simultaneously and multi-criteria multiobjective optimization. Furthermore, investigations of complicated Brayton cycle (BC) structures such as intercooling, regeneration, and reheat systems, as well as inclusion and extensive study of hydrogen production in such systems, were lacking. Moreover, proper evaluation criteria for comparison of such systems to each other were not considered thoroughly in literature. Therefore, fulfilling lack of research in these areas constitutes the motivation behind this PhD study. The present PhD thesis is composed of three (3) peer-reviewed international journal papers and one (1) international conference proceeding paper. In the first part, a novel MG system is developed for production of power, heating, cooling, green hydrogen and DHW. A unique power system structure is developed by using intercooling-regenerative (IR)-SGTC, organic Rankine cycle (ORC) and Kalina cycle (KC). By this thesis, intercooling waste heat is used for power generation in an IR-SGTC based MG system for the first time in the literature. MO optimization, environmental analysis and hydrogen production were introduced into such system analysis for the first time in addition to energy and exergy analyses. A novel thermodynamic performance criterion is coined as "exergetic quality factor" (EQF) to compare, analyze and maximize exergy content (quality) within energy quantity of MG products. Additionally, a significant contribution to literature is done by correcting a common misuse in exergy value calculation of solar energy in majority of other works in literature. This study is published in Energy Conversion and Management. In the second part, a unique MG structure is proposed with an intercooling-regenerative-reheat (IRR)-SGTC system for the first time in literature. Moreover, first time in literature, a MO optimization is performed for a multi-product IRR-SGTC system. Furthermore, an optimization by using thermodynamic, economic and environmental criteria simultaneously on IRR-SGTC system is performed first time in literature. The proposed system is designed to produce electricity, cooling, various temperature level heating purposes, green hydrogen, fresh water, hot air for drying and DHW. The study is published in ASME Journal of Energy Resources Technology. In the third part, a thermal energy storage (TES) is coupled to a MG system based on IRR-SGTC for the first time. Furthermore, a unique set of power cycles are formed by addition of RC and KC in series to the exhaust of IRR-SGTC. Effect of electrolyzer (EL) power size fraction to the total MG power size is investigated for the first time. Furthermore, first time in literature hydrogen is considered as the main product in MO optimization, and thermodynamic and economic analyses are performed. The proposed products are green hydrogen, power, cooling and DHW. The study is published in International Journal of Hydrogen Energy. In the fourth part, integration of two (2) ORCs into intercooling and exhaust waste heat streams of a MG system driven by an IR-SGTC is performed for the first time. Also, it is the first solar-based MG study in literature that investigates various climatic conditions and critical utilities of the Mediterranean region cities of Turkey. MO optimization and energy, exergy and environmental analyses are conducted. Proposed MG products are power, fresh water, green hydrogen, cooling, DHW and industrial process heating. The study is disseminated in the 11th International 100% Renewable Energy Conference (IRENEC 2021) and published in the proceedings book. In summary, within the scope of this PhD thesis, various novel MG systems based on IR- and IRR-SGTC are proposed with increased energy and exergy efficiencies, improved economical feasibilities and significant emission reductions. Furthermore, rigorous MO optimizations are performed by using these performance criteria simultaneously. A novel thermodynamic performance criterion is coined and a common misuse in literature is corrected in the present PhD study. Hydrogen production is introduced as the main product, fraction of EL power is introduced as a design parameter and investigated thoroughly and intercooling waste heat is recovered to produce power for the first time. Climatic conditions of Mediterranean region cities of Turkey are compared for the optimum performance of such systems. The present PhD study proposes a broader range of utilities as MG products of SGTC-based systems than any previous study in the literature, including power, green hydrogen, cooling, varied temperatures and purposes heating, DHW, hot air for drying, and fresh water.
Enerji performans sözleşmelerinin Türkiye'de uygulanabilirlik analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-17) Akkoç, Hande Nur ; Onaygil, Sermin ; 301191016 ; Enerji Bilim ve Teknoloji

Enerji hizmet şirketlerinin gerçekleştirdiği projelerde müşteri tarafındaki riskin azaltılması ve finansman sağlama zorluklarının mümkün olduğunca üstesinden gelinerek enerji verimliliği projelerinin yaygınlaştırılması ve büyük boyutlu projelerin teşvik edilmesi adına atılmış önemli adımlardan birisi, bu tez çalışmasının da odak noktası olan Enerji Performans Sözleşmeleridir (EPS). Enerji performans sözleşmesi 5627 numaralı Enerji Verimliliği Kanunu'nda "Uygulama projesi sonrasında sağlanacak enerji tasarruflarının garanti edilmesi ve yapılan harcamaların uygulama sonucu oluşacak tasarruflarla ödenmesi esasına dayanan sözleşme" şeklinde tanımlanmaktadır.

Gözat

Çıkarma tarihi ile LEE- Enerji Bilim ve Teknoloji Lisansüstü Programı'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri